级土方工程PPT课件

第一章第一章 土方工程土方工程1.掌握土方工程施工的特点及土的性质；2.能进行土方工程量计算；3.能正确选用土方开挖时边坡的支护方法；4.能根据土方工程施工条件正确选择降、排水方法；5.能正确选择土方施工机械，正确选择地基回填土的填方土料及填筑压实方法；6.能分析影响填土压实的主要因素；掌握填土压实质量的检查方法。 学习要求：学习要求：第1页/共195页第一节第一节 概概 述述一、土方工程的施工特点4工程量大；工程量大；123施工工期长；施工工期长；施工条件复杂；施工条件复杂；劳动强度大的特点。劳动强度大的特点。 第2页/共195页二、土的工程分类二、土的工程分类根据土的坚硬程度和开挖方法将土分为8类 土的工程分类与现场鉴别方法土的工程分类与现场鉴别方法土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs一类土(松软土) 砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥) 1.081.17 1.011.03 能用锹、锄头挖掘 二类土(普通土) 亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土 1.141.28 1.021.05 用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土(坚土) 软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土 1.241.30 1.041.07 要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍 四类土(砂砾坚土) 重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石 1.261.32 1.061.09 整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤 第3页/共195页土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs五类土(软石) 硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩 1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土(次坚石) 泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩，片麻岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土 (坚石) 大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖 八类土(特坚硬石) ) 安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩 1.451.50 1.201.30 用爆破方法开挖 第4页/共195页 土一般由土颗粒(固相)、水(液相)和空气(气相)三部分组成（见图）。 这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变 土的三相示意图 化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同。三、土的基本性质三、土的基本性质 ( (一一) ) 土的组成土的组成第5页/共195页1 土的含水量W 是土中所含的水与土的固体颗是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示，见粒间的质量比，以百分数表示，见下式：下式：%100%100%100221swmmmmmGGGW干干湿含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量土的含水量超过2530%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车回填土则需有最佳含水量方能夯压密实，获得最大干密度快速含水量测定仪快速含水量测定仪(二) 土的物理性质第6页/共195页 天然密度天然密度-是指土在天然状态下单位体积的质量，是指土在天然状态下单位体积的质量， 他与土的他与土的密密实程度实程度和和含水量含水量有关；它影响有关；它影响土的承载力、土压力土的承载力、土压力及及边坡的稳定性边坡的稳定性。 干密度干密度-是指单位体积中固体颗粒的质量，是指单位体积中固体颗粒的质量， 它是用以检验土它是用以检验土压实质量的控制指标。压实质量的控制指标。mV取土环刀取土环刀 标准击实仪标准击实仪不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的2 土的天然密度和干密度 sdmV 在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。 第7页/共195页3 3 土的可松性土的可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性用可松性用可松性系数可松性系数 K KS S 表示。表示。 土的最初可松性系数土的最初可松性系数K KS S= V= V2 2 / V / V1 1； 土的最后可松性系数土的最后可松性系数K KS S= V= V3 3 / V/ V1 1 。 式中：式中：V V1 1土在天然状态下的体积；土在天然状态下的体积； V V2 2土经开挖后的松散体积；土经开挖后的松散体积； V V3 3土经回填压实后的体积。土经回填压实后的体积。 土的最初可松性系数KS是计算挖掘机械生产率、运土车辆数量及弃土坑容积的重要参数，最后可松性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需的挖方体积等的重要参 数。第8页/共195页（）定义（）定义 孔隙比是土的孔隙体积孔隙比是土的孔隙体积V Vv v与固体体积与固体体积V Vs s的比的比值；孔隙率是土的孔隙体积值；孔隙率是土的孔隙体积V Vv v与总体积与总体积V V的比值，的比值，用百分率表示。用百分率表示。 （）计算式（）计算式 孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙比和孔隙率越小土越密实。比和孔隙率越小土越密实。svVVe %100VVnv4 土的孔隙比和孔隙率svVVe %100VVnvsvVVe 第9页/共195页5 5 土的渗透性土的渗透性 土的渗透性：指土体被水透过的性质。用渗透系数表示。土的渗透性：指土体被水透过的性质。用渗透系数表示。 渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，地下水在土中的渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，地下水在土中的渗流速度渗流速度 V V 与与土的渗透系数土的渗透系数 K K 和和水头梯度水头梯度 I I 有关，地下水在土中有关，地下水在土中的渗流速度可按达西公式计算：的渗流速度可按达西公式计算： V V（m/dm/d）=KI=KI 土壤渗透试验仪土壤渗透试验仪 同土的颗粒级配、密实程度有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数第10页/共195页土的渗透系数参考表 土的名称 渗透系数(m/d) 土的名称 渗透系数(m/d) 粘土 0.005 中砂 5.0020.00 亚 粘 土 0.0050.10 均质中砂 3550 轻亚粘土 0.100.50 粗砂 2050 黄土 0.250.50 圆 砾 石 50100 粉砂 0.501.00 卵石 100500 细砂 1.005.00 第11页/共195页第二讲基坑土方工程量计算、场地平整的土方量计算 第12页/共195页第二节第二节 土方工程量计算及土方调配土方工程量计算及土方调配F下F上F中1.基坑土方量： 按拟柱体法 V=(A下+4A中+A上)H/6一、基坑一、基坑第13页/共195页2.基槽、路堤、管沟Vi=(A1+4A0+A2)Li/6V=Vi第14页/共195页二、场地平整土方量计算二、场地平整土方量计算1.工作内容 场地平整前，首先要确定场地设计标高，计算挖、填土方工程量，确定土方平衡调配方案。2.任务 根据工程规模，施工期限，土的性质及现有机械设备条件，选择土方机械，拟订施工方案。第15页/共195页（一）场地设计标高的确定（一）场地设计标高的确定（1）满足建筑规划和生产工艺及运输的要求；（2）尽量利用地形，减少挖填方数量；（3）场地内的挖、填土方量力求平衡，使土方运输费用最少；（4）有一定的排水坡度，满足排水要求。确定场地设计标高时应考虑的因素1.初步计算场地设计标高场地平整的步骤和方法确定场地平整的步骤和方法确定原则：使场地内挖填方平衡，即场地内挖方总量等于填方总量。方法：场地设计标高的计算方法一般采用方格网法。第16页/共195页 方法方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法） 。则场地初步标高： H0=（H11+H12+H21+H22）/4NH11、 H12、 H21、 H22 一个方格各角点的自然地面标高；N 方格个数。或：H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4NH1一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。aaaaaa第17页/共195页2.2.场地设计标高的调场地设计标高的调整整 (1) 由于具有可松性，填土将有剩余；(2) 由于设计标高以上的填方工程用土量，或设计 标高以下的挖方工程挖土量的影响，使设计标 高降低或提高。(3) 由于边坡挖填方量不等，而引起挖填土方量的 变化，需相应地增减设计标高。考虑以下因素进行调整：第18页/共195页 3、考虑泄水坡度对角点设计标高的影响0nx xy yHHl il i(2)双向排水时，各方格角点设计标高为：(1)单向排水时，各方格角点设计标高为:0nHHli第19页/共195页1.求各方格角点的施工高度hn hn=场地设计标高场地设计标高Hn自然地面标高自然地面标高H 角点编号角点编号 施工高度施工高度 hn 1- 0.72 43.24 42.52自然地面标高自然地面标高 H 设计标高设计标高 Hn若若hn为正值则为正值则该点为填方，该点为填方， hn为负值则为为负值则为 挖方。挖方。场地土方量计算步骤如下：土方方格网图例土方方格网图例（二）场地土方量计算第20页/共195页 （1）计算零点位置：）计算零点位置：先求出方格网中边线两端施工高度有“ + ”+ ”、“ ”中的零点，将相邻两零点连接起来即为零线。2 绘出零线 式中：式中：X1、X2角点至零点的距离角点至零点的距离(m)； h1、h2相邻两角点的施工高度相邻两角点的施工高度(m)，均用绝对值；，均用绝对值； a方格网的边长方格网的边长(m).(m).零点的位置按下式计算：零点的位置按下式计算：ahhhxahhhx21222111零点位置计算示意零点位置计算示意第21页/共195页 （2）图解法求零线：）图解法求零线：为省略计算，亦可用图解法图解法直接求出零点位置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。见下图： h1+0.30h2-0.200551010h7h8+0.7-0.10用尺量出用尺量出h10.3的刻度的刻度用尺量出用尺量出h20.2的刻度的刻度两点连线与两点连线与方格的交点方格的交点为零点为零点用尺量出用尺量出h80.1的刻度的刻度用尺量出用尺量出h70.7的刻度的刻度两点连线与两点连线与方格的交点方格的交点为零点为零点两零点连线两零点连线即为零线即为零线第22页/共195页项项 目目图图 式式计算公式计算公式一点填方或挖一点填方或挖方方(三角形三角形) 两点填方或挖两点填方或挖方方(梯形梯形) 三点填方或挖三点填方或挖方方(五角形五角形) 四点填方或挖四点填方或挖方方(正方形正方形) 32312366hbchVbca hV当 b=a=c时 ，=1324()()248()()248hb caVab c hhhd eaVad e hh22123()25()25hbcVahhhbca221234()44aaVhhhhh3 计算方格土方工程量第23页/共195页边坡的土方量可以划分为两种近似几何形体计算:(1) 三角棱锥体土方量计算式为: (2)三角棱柱体，土方量计算式为: 20144421446 2AAAlVlAAV22 3122221111mhmhhAlAV其中4.边坡土方量计算第24页/共195页 将挖方区(或填方区)的所有方格土方量和边坡土方量汇总后即得场地平整挖(填)方的工程量。5.计算土方总量第25页/共195页第三讲基坑土方量计算实例、场地平整的土方量计算实例 第26页/共195页土方计算实例：某基坑土方量为V1，基础体积为V2，土的最初可松性系数为Ks，最后可松性系数为Ks，则回填土方量（松散状态）为（ ）A.(V1-V2)/KsB.(V1-V2)/Ks/KsC.(V1-V2)/KsD.(V1-V2)/Ks/Ks第27页/共195页基槽土方量计算实例建筑物外墙为条形毛石基础，基础平均截面面积为3.0m2,基坑深2.0m，底宽为1.5m，地基为亚粘土，计算100延米长的基槽土方挖方量、填土量和弃土量。（边坡坡度1：m=1 ：0.5；Ks=1.30，K/s =1.05）BH第28页/共195页33334033 .1)190500(19005.13005003001000 .350010022)115 .1 (5 .1mmmm弃土量填方量基础体积挖方量解：m叫边坡坡度系数，m=B/H B=mH= 0.52=1 .0m挖土体积=截面面积长第29页/共195页基坑土方量计算实例某地下室平面尺寸为5040m，采用板桩围护，基坑开挖尺寸为5242m，挖深5m，土的最初可松性系数1.3，最终可松性系数为1.05。试计算（土方均用松土方量表示）：（1）土的挖方量；（2）预留回填土量（天然状态密实土表示）和弃土量。第30页/共195页土方平整场地土方量计算实例土方平整场地土方量计算实例 某建筑场地地形图和方格网(a=20m)如图所示。土质为亚黏土，场地设计泄水坡度ix=3，iy=2。 试确定场地设计标高(不考虑土的可松性影响)，并计算填、挖土方量(不考虑边坡土方量)。某建筑场地地形图和方格网第31页/共195页（1）计算各方格角点的地面标高 各方格角点的地面标高，可根据地形图上所标等高线，用插入法求得。 如求角点4的地面标高(h4)，由图有：xxxhhxlhxh00.44 5.0 1:5.0: 4有A44.0h4B44.50.5基面hx4xl插入法计算简图第32页/共195页将角点标高标在图将角点标高标在图上上第33页/共195页（2 2）计算场地设计标高）计算场地设计标高H H0 043.71m= 场地设计标高71.438412.52572.69879.1744432:由式12.52519.4476.4335.43440372.69894.4290.4223.4367.4367.4434.4494.4367.432279.17458.4217.4480.4424.430432104321HmNHHHHHmHHmHmH第34页/共195页（3）计算方格角点的设计标高 以场地中心角点8为H0，由已知泄水坡度lx和ly，各角点设计标高按式计算： 其余各角点设计标高算法同上。 将计算值标在图上。43.59m0.1243.7134043.69m0.0643.7132043.63m0.040.1243.71 220340061201HHHHHH第35页/共195页（4）计算角点的施工高度 按式计算，各角点的施工高度为: 其余各角点施工高度详见图中施工高度值。 )挖( m19094437543)填( m3902443634331.=.=h.=.=h第36页/共195页（5）确定零线 求零点，方格边线上零点的位置由式确定。23角点连线零点距角点2的距离为： 相邻零点的连线即为零线。同理求得m317; m72; m417; m62; m02 ; m018; m92; m117 m1189120 则m9 . 119. 002. 0202. 0 141515-1414-99-1413-88-137-88-72-33-2. x. x . x. x .x . x . x. x.-xx-第37页/共195页（6）计算土方量 根据方格网挖填图形，计算土方工程量。 方格11，13，14，21四角点全为挖(填)方，按正方形计算，其土方量为： 同理有： 34321211m13665. 030. 002. 039. 0100 4hhhhaV333 - 1312)270m(= ；)117m(= ；m263)(4 - 1VV+=V-第38页/共195页两个角点为挖方，另两角点为填方 方格12，23土方量为： 同理： 3422133121m6 .1205. 019. 09 . 21 .198208m2 .153 . 002. 01 .179 . 18208hhedaVhhcbaV挖填332m75.25)(填V332m8.21)(挖V第39页/共195页一个角点填方(或挖方)和三个角点挖方(或填方)方格网2-2，2-4为一个角点填方(或挖方)和三个角点挖方(或填方)，其土方量为： 342232321222m05. 0605. 029 . 26m3 .114544. 071. 03 . 029 . 220 52bchVhhhbcaV挖填第40页/共195页同理： 将计算出的土方量填入相应的方格中(图113)。场地各方格土方量总计： 挖方：548.75m3； 填方：528.55m3。342m07. 0)(填V342m3 .127)(挖V第41页/共195页 土方调配：就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间的关系进行综合协调的处理。 好的土方调配方案，应该是使土方运输量(或费用)达到最小，而且又能方便施工。三、土方调配三、土方调配第42页/共195页( (一一) ) 土方调配原则土方调配原则 土方调配是土方规划中的一个重要内容。其原则是：力求挖填平衡、运距最短、费用最省，考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。第43页/共195页土方调配图表的编制编制的方法如下：1.划分调配区。在划分调配区时应注意：(1)调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，使近期施工与后期利用相结合。(2) 调配区的大小应使土方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。(3) 当土方运距较大或场区内土方不平衡时，可根据附近地形，考虑就近借土或就近弃土。 场地土方调配，需作成相应的土方调配图表。( (二二) ) 土方调配图表的编制土方调配图表的编制第44页/共195页2.计算土方量 按前述计算方法，求得各调配区的挖填方量，并标写在图上。第45页/共195页平均运距计算方法：3.计算调配区之间的平均运距 先按下式求出各挖方或先按下式求出各挖方或填方区土方重心坐标填方区土方重心坐标X0、Y0： iiiVVxX)(0iiiVVyY)(0填方区填方区yH0H0 xxOWxOTyOWyOTL0挖挖方方区区式中：式中： xi、yi i 块方格的重心坐块方格的重心坐标；标； Vi i 块方格的土方量。块方格的土方量。V1x1、y1V5x5、y5V19x19、y19挖方区挖方区重心重心填方区填方区重心重心第46页/共195页 则填、挖方区之间的平均运距则填、挖方区之间的平均运距 L L0 0 为：为：2002000)()(WTWTyyxxL式中： x0T、y0T 填方区的重心坐标； x0W、y0W 挖方区的重心坐标。 在实际工作中，亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区的平均运距。第47页/共195页4.确定土方最优调配方案 最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础的，常用“表上作业法”求得。用用“最小元素法最小元素法”编制初始调配方案编制初始调配方案最优方案判别最优方案判别绘制土方调配图绘制土方调配图最优方案判别最优方案判别方案的调整方案的调整是是否否第48页/共195页（1） 初始调配方案初始调配方案 下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。试求土方调配最优方案。500500800600500500400W1T1W36050701108070401009040100W4T3W2T270挖方区挖方区编号编号填方区编号填方区编号挖方区需挖方区需调出土方调出土方填方区需填方区需调进土方调进土方调配区间的调配区间的平均运距平均运距第49页/共195页各调配区土方量及平均运距各调配区土方量及平均运距 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W1x1150 x1270 x13100500C,11C,12C,13W2x2170 x2240 x2390500C,21C,22C,23W3x3260 x32110 x3370500C,31C,32C,33W4x4180 x42100 x4340400C,41C,42C,43填方量填方量m38006005001900第50页/共195页 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070100500C,11C,12C,13W2705004090500C,21C,22C,23W36011070500C 31C 32C 33W48010040040400C,41C,42C,43填方量填方量m38006005001900 步骤步骤1：选取选取平均运距最小平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其所对应的调配土方数，并使其尽可能大尽可能大。本例选取。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往的全部挖方调往T3)，X41、X42=0 (W4的挖方不调的挖方不调往往T1、T2)，在，在X41、X42的方格内画上的方格内画上“”第51页/共195页 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W170100500C,11C,12C,13W27090500C,21C,22C,23W3500C,31C,32C,33W48010040040400C,41C,42C,43填方量填方量m38006005001900 步骤步骤2：重复步骤重复步骤1，按平均运距，按平均运距由小到大依次计算由小到大依次计算X22、X11、X31 （C22C11C31） ，我们就得到了土方调配的初始方案。，我们就得到了土方调配的初始方案。50050010030010040506070110第52页/共195页（2） 最优方案判别最优方案判别 初始调配方案是按“就近调配就近调配”求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。 在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验检验数数ij来判别。 首先求出表中各方格的假想价格系数，首先求出表中各方格的假想价格系数，有调配土方的假想价格系数有调配土方的假想价格系数C，ij=Cij ，无调配土方的假想价格系数按下式计算：无调配土方的假想价格系数按下式计算：第53页/共195页 利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解未知的C，ij。 步骤步骤1：在有调配土方的方格内， C，ij=Cij ，将数据填入表中；,pfeqpqefCCCC 该公式的意义即：该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。相等。 第54页/共195页 步骤步骤2：按任一矩形的四个方格内对角线上的对角线上的C，ij之和相等之和相等，逐个求解未知的C，ij；如： 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W150050701005005010060W2705004090500 10400W330060100110100705006011070W48010040040400308040填方量填方量m38006005001900101104060,32,22,31,21CCCC第55页/共195页 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070+1005005010060W2+7040+90500-10400W360110705006011070W4+80+10040400308040填方量填方量m38006005001900 步骤步骤3：引入检验数引入检验数，按下式求出表中，按下式求出表中无调配土方方格的检无调配土方方格的检验数验数（即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表中中）：）： 12 出现负数说明方案出现负数说明方案不是最佳方案不是最佳方案，需要进行调整。，需要进行调整。0,ijijijCC第56页/共195页 步骤步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格作有数字的方格作900转转弯弯( (也可不转弯也可不转弯) )，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路联起来的闭回路。见下表： T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400（3） 方案的调整方案的调整 步骤步骤1：在所有负检验数中挑选一个在所有负检验数中挑选一个( (一般选最小的一般选最小的) )，本例即，本例即12，将它对应的变量将它对应的变量 x12 作为调整对象。作为调整对象。第57页/共195页 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W150070+1005005010060W2+7050040+90500-10400W330060110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量填方量m38006005001900 步骤步骤3：从空格 X12出发，沿闭回路（方向方向任意任意）行进，在各奇数转角点各奇数转角点的数字中挑出一个最小的（本例即本例即X32=100）将它由 X32调到 X12方格中。500100第58页/共195页 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070+1005005010060W2+7050040+90500-10400W360110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量填方量m38006005001900 步骤步骤4：将“100”数字填入X12方格中，被调出的X32为0，同时将闭回路上其它奇数次转角奇数次转角（X11）方格内的数字都减去减去100，偶数次转角偶数次转角（X31）方格内的数字都增加增加100，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡。这样我们就得到了下表中的新调配方案。4000100400第59页/共195页 步骤步骤5：对新调配方案按“ 最优方案判别”的方法和步骤再进行判别判别和检验检验，如仍出现负数，则重复步骤14继续调整，如不出现负数，方案即是最优方案。 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W14005010070+1005005060W2+7050040+90500400W3400600110100705006070W4+80+100400404003040填方量填方量m3800600500190010070-1020110808050计算无调配土方方格的计算无调配土方方格的检验数检验数，无负数，无负数，方案是最优方案方案是最优方案。第60页/共195页 该优化方案的土方总运输量为： Z = 400501007050040400601007040040 = 94000 （m3m） 初始方案的土方总运输量为： Z = 5005050040300601001101007040040 = 97000（m3m） 调整后的总运输量减少了调整后的总运输量减少了3000（m3m）。第61页/共195页绘出最终土方调配图如下所示绘出最终土方调配图如下所示500500800600500500400W1T1W3400601007040040W4T3W2T2100705004040050第62页/共195页第63页/共195页第四讲施工准备、土方边坡与土壁支撑；基坑支护专题第64页/共195页土方开挖前需做好下列主要准备工作：1.场地清理；2.排除地面水；3.修筑临时设施。第三节第三节 施工准备与辅助工作施工准备与辅助工作一、施工准备一、施工准备第65页/共195页1.土方边坡 土方边坡的坡度是以土方挖方深度H与放坡宽度B之比表示（见图1-15）。即 基坑（槽） H式中 m=B/H，称为边坡系数 B 图1-15 边坡的表示方法mHBBH:11土方边坡坡度二、土方边坡与土壁支撑二、土方边坡与土壁支撑第66页/共195页土方边坡的确定 土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关。放坡深度起点规定深度超过下列规定既应放坡放坡深度起点规定深度超过下列规定既应放坡: :密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土) 1.0m；硬塑、可塑的粉土及粉质黏土 1.25m；硬塑、可塑的黏土和碎石类土(充填物为黏性土)1.5m；坚硬的黏土 2m。第67页/共195页（1）边坡放坡坡度规定 当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内不加支持的边坡的最陡坡度应符合下表规定。 第68页/共195页土的类别土的类别 坡顶无荷载坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有静载坡顶有动载坡顶有动载中密的砂土中密的砂土1：1001：1.251：1.50中密的碎石类土中密的碎石类土( (充填物为砂土充填物为砂土) ) 1：0.751：1.001：1.25硬塑的轻亚黏土硬塑的轻亚黏土 1：0.671：0.751：1.00中密的碎石类土中密的碎石类土( (充填物为黏性土充填物为黏性土) )1：0.501：0.671：0.67硬塑的亚粘土、黏土硬塑的亚粘土、黏土 1：0.331：501：0.67老黄土老黄土1：0.101：0.251：0.33 软土软土( (经井点降水后经井点降水后) )1：1.00注：注：1.1.静载指堆土或材料等，动载指机械挖土或汽车运输作业等。静静载指堆土或材料等，动载指机械挖土或汽车运输作业等。静载或动载距挖方边缘的距离应保证边坡和直立壁的稳定，堆土或材料载或动载距挖方边缘的距离应保证边坡和直立壁的稳定，堆土或材料应距挖方边缘应距挖方边缘0.8m0.8m以外，高度不超过以外，高度不超过1.5m1.5m。 2.2.当有成熟施工经验时，可不受本表限制。当有成熟施工经验时，可不受本表限制。深度在深度在5m5m内的基坑内的基坑( (槽槽) )、管沟边坡的最陡坡度、管沟边坡的最陡坡度 ( (不加支撑不加支撑) ) 表表1-51-5第69页/共195页（2）临时性挖方边坡值规定 永久性挖方边坡应按设计要求放坡。对临时性挖方边坡值应符合下表规定。 临时性挖方边坡值临时性挖方边坡值 土的类别土的类别边坡坡度边坡坡度( (高：宽高：宽) )砂土砂土( (不包括细砂、粉砂不包括细砂、粉砂) )1:1.251:1.51:1.251:1.5一般粘性土一般粘性土坚硬坚硬硬塑硬塑软软1:0.751:11:0.751:11:11:1.251:11:1.251 1：1.501.50或更缓或更缓碎石类土碎石类土充填坚硬、硬塑粘性土充填坚硬、硬塑粘性土充填砂土充填砂土1:0.51:11:0.51:11:11:1.51:11:1.5第70页/共195页2.2.土壁支撑土壁支撑（1 1）横撑式土壁支撑的分类及适用范围）横撑式土壁支撑的分类及适用范围 1 1）分类：分为水平挡土板和垂直挡土板两类；）分类：分为水平挡土板和垂直挡土板两类； 2 2）适用范围：）适用范围：（2 2）横撑式土壁支撑的布置）横撑式土壁支撑的布置 1 1）采用横撑式支撑时，应随挖随撑，支撑要）采用横撑式支撑时，应随挖随撑，支撑要牢固。牢固。 2 2）施工中应经常检查，如有松动、变形等现）施工中应经常检查，如有松动、变形等现象时，应及时加固或更换。象时，应及时加固或更换。 3 3）支撑的拆除应按回填顺序依次进行，多层）支撑的拆除应按回填顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。第71页/共195页横撑式支撑第72页/共195页基坑支护专题第73页/共195页湘湖站坍塌事故概要：2008年11月15日下午3时15分，正在施工的杭州地铁湘湖站北2基坑现场发生大面积坍塌事故，造成21人死亡，24人受伤（截止2009年9月已先后出院），直接经济损失4961万元。第74页/共195页第75页/共195页第76页/共195页第77页/共195页事故现场模拟图第78页/共195页事 故过程回放1：基坑钢支撑崩坏第79页/共195页2：地下连续墙变形断裂，基坑内外土体滑裂。第80页/共195页3：大量水涌入基坑第81页/共195页2：拆除基坑周边民房第82页/共195页事故原因分析施工单位（中铁四局集团第六工程有限公司）违规施工、冒险作业、基坑严重超挖超挖；支撑体系存在严重缺陷缺陷且钢管支撑架设不及时；垫层垫层未及时浇筑。监测单位（安徽中铁四局设计研究院以浙江大合建设工程检测有限公司名义，实为挂靠）施工监测失效，施工单位没有采取有效补救措施。第83页/共195页第84页/共195页第85页/共195页第86页/共195页第87页/共195页 1.槽钢钢板桩 由槽钢并排或正反扣搭接组成。 槽钢长68m，多用于深度不超过4m的基坑。 顶部宜设一道支撑或拉锚。 （一） 钢板桩几种基坑支护方法第88页/共195页 该板桩截面带企口，有一定的挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。适于36m基坑，但应用较少。 （二）钢筋混凝土板桩第89页/共195页 常用6001000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。（三） 钻孔灌注桩挡墙第90页/共195页（四）地下连续墙（四）地下连续墙 地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。地下连续墙常是采用“逆筑法”的支护结构的首选。 天津市的华联商厦、紫金花园、鸿吉大厦、津汇广场等很多工程均采用地下连续墙方法施工。第91页/共195页地下连续墙概念作用及特点地下连续墙概念作用及特点地下连续墙是在地面上采用一种挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁。地下连续墙作用：挡土、挡水、防渗、承重。地下连续墙施工方法的特点是：施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快。适用于建造地下结构建筑物，如地下室、地下商场、停车场、地下油库、挡土墙、高层建筑的深基础、逆作法施工围护结构，工业建筑的深池、坑、竖井等。第92页/共195页 深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。 （ 六） 深层搅拌水泥土桩挡墙第93页/共195页目的：1）防止地下水渗入、地面水流入基坑，为了保证施工的正常进行；2）防止边坡塌方和地基承载能力的下降。 三、土方工程施工排水三、土方工程施工排水与降低地下水位与降低地下水位方法：分为明排水法和人工降低地下水位法两类。第94页/共195页（一）明沟排水法一般采用截、疏、抽的方法。截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；疏：在施工范围内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。第95页/共195页 基坑开挖时，沿坑底周围或中央开挖排水沟，在沟底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井后用水泵抽走。 排水沟的纵坡宜控制在12； 集水井每隔20 40m设置一个； 集水井的直径或宽度，一般为0.7 0.8m； 其深度随着挖土的加深而加深，要始终低于挖土面0.8 1.0m； 井壁可用竹、木等简易加固。第96页/共195页集水井降水适用于土质情况较好、地下水量不大的基坑排水第97页/共195页（2）分层明沟排水当基坑开挖土层由多层组成，中部夹有透水层的砂类土时，为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡，宜在基坑边坡上分层设置明沟及相应的集水井。适用于深度较大、地下水位较高、上部有透水性强的土层的基坑排水。分层明沟排水法第98页/共195页（3）深层明沟排水当地下基坑相连，土层渗水和排水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂性，可在基坑内的深基础或合适部位设置一条纵、长、深的主沟，其余部位设置边沟或支沟与主沟连通，通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。深层明沟排水法适用于深度大的大面积地下室、箱基的基础施工排水第99页/共195页流沙现象的危害：缺点：优点：明沟排水法的特点流砂现象：设备简单，排水方便，采用较为普通。当开挖深度大、地下水位较高而土质又不好时，容易产生流砂现象。开挖土质不好，地下水位较高的基坑时，当挖至地下水水位以下，由于地下水压力的作用，坑底下面的土会随地下水涌入基坑。这种现象称为流砂现象。发生流砂时，土完全丧失承载能力。使施工条件恶化，难以达到开挖设计深度。严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、倒塌等。第100页/共195页广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下城1.5m图为砂包封堵抢险现场流砂产生的原因内因：取决于土的性质，当土的空隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差均容易发生流砂现象。流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中。外因：动水压力的大小。第101页/共195页1.流砂防治的途径 在基坑开挖中，防治流砂的主要途径有：消消除、减少或平衡动水压力。除、减少或平衡动水压力。2.流砂防治的方法 (1) 抢挖法； (2) 打板桩法； (3) 水下挖土法； (4) 人工降低地下水位； (5) 地下连续墙法。流砂的防治办法第102页/共195页管涌：在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象称为管涌。管涌主要发生在内部结构不稳定的砂砾石层中。 危害管涌发生时，水面出现翻花,随着上游水位升高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。 第103页/共195页（二）人工降低地下水位 在地下水位以下的含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇到细砂层时，还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、附近地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工。全基坑轻型井点降水地下室电梯井局部二次降水第104页/共195页人工降低地下水位的方法：注意事项：人工降低地下水位： 轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵法等。 特点： 在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备将水抽走，使地下水位降落在坑底以下，直至施工结束为止。 使所挖的土始终保持干燥状态，改善施工条件；防止流砂现象发生；提高土的强度或密实度；可适当改陡边坡以减少挖土数量 但在降水过程中，基坑附近的地基土壤会有一定的沉降，施工时应加以注意。第105页/共195页防止地下水涌入坑内防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底的管涌第106页/共195页降水后，使板桩减少了横向荷载消除了地下水的渗流，也就防止了流砂现象降低地下水位后，使土壤固结，增加地基土的承载能力。第107页/共195页1.轻型井点降低地下水位轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水池内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑以下。适用于渗透系数为0.1-50m/d的土层中。降水深度为：单级井点3-6m，多级井点6-12m轻型井点降水全貌图轻型井点降水全貌图第108页/共195页(1) 轻型井点设备 轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成；管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管等。第109页/共195页 (2) (2) 轻型井点系统的布置原则轻型井点系统的布置原则 根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求在平面与竖向进行布置。单排布置：当基坑（槽）宽度 6m、降水深度 5m时可采用单排布置。井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B。双排布置：当基坑（槽）宽度6m时采用。1）平面布置第110页/共195页环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环型布置（考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置）。l采用双排、环型或U型布置时，位于地下水上游一排的井点间距应小些，下游井点的间距可大些。l如采用U型布置，则井点管不封闭的一段应再下水游的下游方向。第111页/共195页2）高程布置轻型井点降水深度一般不大于6m。井点管埋置深度H（不包括滤管），可按下式计算：HH1+h+iLl如H值小于降水深度6m时，则可用一级井点；l当H值稍大于6m时,如降低井点管的埋置面可满足降水深度要求时，仍可用一级井点降水；第112页/共195页（3）轻型井点的计算：不作要求。（4）抽水设备的选择（5）轻型井点的埋设程序排放总管埋设井点管用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备轻型井点正常的出水规律：先大后小，先浑后清第113页/共195页2 喷射井点是在井点管内设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气，形成水气射流，将地下水抽出排走。其降水深度可达820m。适用于开挖深度较深、降水深度大于6m，土渗透系数为0.12m/d的粉砂弱透水层。第114页/共195页3 电渗井点电渗井点以井点管作负极，打入的钢筋作正极，通入直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。本法常和轻型井点或喷射井点使用。电渗井点构造与布置适用于渗透系数很小的饱和粘性土、淤泥或淤泥质土中的施工降水第115页/共195页4.管井井点管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距10-50m，最大埋深可达10m，管井距基坑边缘距离不小于1.5m（冲击钻成孔）或3m（钻孔法成孔），适用于降水深度3-5m、渗透系数为20-200m/d的基坑中施工降水。管井井点设备简单、易于维护、经济实用。管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井第116页/共195页如果降水深度较大，可采用深井井点，适用于降水深度15m、渗透系数为10-250m/d的基坑。故称“深井泵法”管井井点降水管井井点的构造第117页/共195页 (1) 管井井点系统的组成及设备：深井井点系统主要由井管井管和水泵水泵组成。 (2) 深井布置：深井井点系统总涌水量可按无压完整井环形井点系统公式计算。一般沿基坑四周每隔1530m设一个深井井点。 (3) 深井井点的埋设： 深井井点施工程序：深井井点施工程序：井位放样做井口安护筒钻机就位钻孔回填井底砂垫层吊放井管回填管壁与孔壁间的过滤层安装抽水控制电路试抽降水井正常工作。 第118页/共195页 土方工程的施工过程主要包括：土方开挖、运输、填筑与压实等。常用的施工机械有：推土机、铲运机、单斗挖土机、装载机等，施工时应正确选用施工机械，加快施工进度。 第四节第四节 土方机械化施工土方机械化施工第119页/共195页特点：特点：推土机操纵灵活，运转方便，所需工作面较小、行驶速度快、易于转移，能爬30左右的缓坡。适用范围：适用范围：主要用于场地清理和平整；开挖深度1.5m以内的基坑；填平沟坑；配合铲运机、挖土机工作等；此外，在推土机后面可安装松土装置，破、松硬土和冻土；也可拖挂羊足辗进行土方压实工作；推土机可以推挖一三类土，经济运距100m以内，效率最高为60m。一、常用土方施工机械的施工特点一、常用土方施工机械的施工特点(一) 推土机施工第120页/共195页1.提高推土机生产效率的方法下坡推土顺地面坡势沿下坡方向推土，可增大铲刀切土深度和运土数量，缩短推土时间，提高生产率30-40%。第121页/共195页并列推土大面积施工区可采用23台推土机并列推土，减少土的散失量而增大推土量，提高生产率15-30%。并列推土3台推土机并列推土第122页/共195页分批集中，一次推送当运距较远又土质坚硬时，宜多次铲土，一次推送。分批集中，一次推送法槽型推土槽型推土法当土层较厚，可利用前次推土的槽型推土，可减少土的散失量，增大推土量第123页/共195页 (1) 推土机小时生产率Ph，按下式计算(2) 推土机台班生产率Pd，按下式计算2.推土机生产率计算P=3600q/(tvks)(m3/h)tc=t1+2l/vc+t2+t3Pd=8PhKB(m3/台班)第124页/共195页 铲运机按行走方式分拖式和自行式两种 。 特点：特点：铲运机能综合完成挖土、运土、平土或填土等全部土方施工工序；对行驶道路要求较低；操纵灵活、运转方便，生产率高； 适用范围：适用范围：主要用于大面积土方场地平整；开挖大基坑、沟槽以及填筑路基、堤坝等工程铲运含水量不的松土和普通土； 不适于在砾石层和冻土地带及沼泽区工作。 (二) 铲运机施工CTY9A拖式铲运机CLY9A自行式铲运机第125页/共195页铲运机的斗容量为1.57m3。自行式铲运机的经济运距为8001500m3，拖式铲运机的经济运距为200-350m。如采用双联铲运或挂大斗铲运时，其经济运距可增加至1000m。运距愈长、生产效率愈低，超过经济运距时考虑汽车运输。第126页/共195页1.1.铲运机的开行路线铲运机的开行路线 铲运机的开行路线有环形路线环形路线和8 8字形路线字形路线开行两种形式，应根据填方、挖方区的分布情况并结合当地具体条件进行合理选择。铲运机开行路线示意图铲运机开行路线示意图（a）环形路线）环形路线（b）“ 8 ”字形路线字形路线第127页/共195页2.2.铲运机施工方法及特点铲运机施工方法及特点下坡铲土下坡铲土土铲运机可以借助其重力来加大铲土能力，缩短装土时间，提高生产率。推土机助产在较坚硬的土层中用推土机助产，可加大铲土切削力、切土深度和铲土速度。助铲间隙可兼作松土、平整工作。推土机助产法第128页/共195页挖近填远、挖远填近：挖土先从距离填土区最近一端开始，由近而远；填土则从距挖土区最远一端开始，由远而近。既可使铲运机始终在合理的经济运距内工作，又可创造下坡土的条件。双联铲运法：拖式铲运机的动力有富余时，可在拖拉机后串联两个铲斗进行双联铲运。对坚硬土层，可先铲满一个斗，再铲另一个斗，即“双联单铲”；对松软土层，可两个斗同时铲土，即“双联双铲”。双联铲运法第129页/共195页跨铲法：采用预留土埂间隔铲土的方法减少向外撒土量，挖土埂时增加了两个自由面，阻力减小，达到“铲土快，铲斗满”的效果。跨铲法A铲斗宽；B不大于拖拉机履带净距挂大斗铲运：在土质松软地区，可改挂大型土斗，以充分利用拖拉机拖拉机的牵引力提高功效。波浪式铲土法：铲土开始时，铲刀以最大深度切入土中，随着荷载增加、车速降低，相应减小切土深度，依次反复进行，直至铲斗装满为止，适用于较硬土层。波浪式铲土法第130页/共195页卡特彼勒657G铲运机657G铲运机斗容量达85t，是07年新品，铲斗可上下，内部推板可动，铰链式转向，可前后拖挂。第131页/共195页(三) 单斗挖土机施工挖掘机主要用于挖掘基坑、沟槽、清理和平整场地，更换工作装置后还可以进行装卸、起重、打桩等其它作业，能一机多用，功效高、经济效果好，是工程建设常用机械。 分类： 按其行走装置的不同，分为履带式和轮胎式两类。 按其工作装置的不同，分为正铲、反铲、拉铲和抓铲。 按其操纵机械的不同，分为机械式和液压式两类。第132页/共195页正铲挖掘机正铲挖掘机邦立邦立CE1000-7CE1000-7正铲挖土机（四川）正铲挖土机（四川） 日立日立EX3600E-6EX3600E-6正铲挖土机正铲挖土机1.正铲挖土机挖土特点：“向前向上，强制切土”。其挖掘能力大，生产率高；适用范围：用于开挖停机面以上的一三类土，它与运土汽车配合能完成整个挖运任务。可用于开挖大型干燥基坑以及土丘等。第133页/共195页正向挖土，侧向装